光电倍增管(PMT)发生ringing现象时的改善程序.doc

光電倍增管(PMT)發生ringing現象時的改善程序（強場物理與超快技術實驗室製作）製作人：洪國川利用光電倍增管(PMT)進行photon counting實驗時，在高pulse rate時，會因為電流不足而使得pulse的高度降低，有時可能低於光子計數器設定的trigger level，因而導致計數誤差。為避免此一問題，專用於photon counting的 PMT常會在分壓器(base)裡最後幾級dynode安裝旁通電容，以電容的適時放電來避免pulse height降低的問題。然而，安裝旁通電容也導致另一個問題，就是如下圖的ringing現象。此現象是由於旁通電容造成阻抗不匹配而產生。一樣會造成計數的錯誤。要解決此現象，可在PMT的anode端用T接頭來並聯一個snubber，使出anode的訊號強度一分為二，分別走output端（通往量測儀器）及snubber。Snubber是一條RG174 (特徵阻抗為50)的同軸纜線，一端接T接頭，另一端接一個050可變電阻（調到低於 50，反射訊號才會相位反轉）。終端電阻如同反射介面，會使訊號反射以及相位反轉。藉由選擇合適的snubber線長度來決定反射訊號與原通往output端的訊號之間的delay，以及調整可變電阻的大小來控制在snubber線反射的訊號的高度，使得第一個脈衝在snubber產生的反相的反射脈衝與原通往output端的第二個脈衝（即 ringing 產生的脈衝）互相抵銷，便可除去第一個脈衝之後的脈衝（在相同設定下，第二個脈衝在snubber產生的反相的反射脈衝與原通往output端的第三個脈衝互相抵銷，以此類推）。由於訊號在傳輸線中的速率約為2/3光速，加上在snubber要跑來回一趟，因此反射訊號與往output端訊號之間的delay為： (1)以snubber的長度為210 cm，終端電阻0歐姆為例先設Leff 為零，將snubber長度210 cm代入（1）式，預計delay time為21 ns，但是量測的結果為22 ns，誤差為1 ns，將1 ns代回（1）式可推得Leff等於11 cm。之後便可利用上述公式來決定snubber長度，然後調整可變電阻使第二個以後的脈衝的振幅最小，即完成。注意，不同的實驗架設（尤其是使用不同 PMT base時），應依上述程序找到Leff及完成上述動作，不能沿用別人的Leff。註：為何假設單一變數Leff即可修正此誤差，詳見Appendix。Appendix分別測試四種長度8.5、30、56及210 cm的snubber，觀察其delay time (2)測試一、snubber長度8.5 cm，終端電阻0歐姆測試二、snubber長度30 cm，終端電阻0歐姆測試三、snubber長度56 cm ，終端電阻0歐姆測試四、snubber長度210 cm ，終端電阻0歐姆從(2)式推得三種長度8.5、30、56及210 cm對應到的delay time分別為，0.85、3、5.6及21 ns，但是這與測試結果不服，結果分別為2、4、 6.8及22 ns，可能的原因是訊號在PMT內已有反射現象發生，而從下圖的線性關係得知，可增加一個變數來修正（2）式。假設變數為Leff而上圖的y截距則為此常